CN101523146A - 具有开狭缝的隔板的减少振动的管束装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于管束装置的开狭缝的支撑隔板和阻断隔板。所述隔板包括阻断区域，该阻断区域使在所述管束装置内的流体的流动改变方向以改进热传递。所述开狭缝的支撑隔板包括狭缝和肋结构，所述狭缝和肋结构支撑所述管束的管。所述支撑隔板可以与细长的管支撑体组合使用。

Description

具有开狭缝的隔板的减少振动的管束装置

技术领域

本发明涉及管束装置，例如热交换器、冷凝器和类似的具有管或棒状元件的集合体的流体控制设备，所述管束装置例如在如下装置中，例如核反应堆、电加热器或任何平行的圆柱形状物的集合体，所述集合体具有越过所述管或其它元件的流体流。具体而言，本发明涉及隔板结构，其连同所述束用于提供对在所述束内单个管的支撑和将在所述热交换器壳内的所述流体的流动引向所述束的传热管。

背景技术

管束设备，例如管壳式热交换器和其它类似的流体控制装置，例如阻流器和导流器，采用合并在束中的管以引导所述流体穿过所述设备。在这些管束中，流体流动通常既流过所述管的内部又横穿过所述管的外部。在所述束中的管的构形通过其中固定了所述管的管板固定。所述管的一种通常的构形为矩形或正方形形式，其中所述管在排列的列中固定，所述列在每对或列之间具有彼此垂直排列的管廊(在所述管之间的直线通路)。在这种形式中，每个管邻近于八个其它的管，除了在所述管束的外周，并且直接相对于跨过将它的列与两个相邻列分开的管廊的对应的管。在三角形管形式中，在交替列中的管被彼此排列为使得每个管相邻于六个其它管(两个相邻管在同一列中和四个管在两个相邻列中)。

在现有交换器中生产能力的增加，不仅对于通过减少设备尺寸降低资金成本，而且对于增加生产力因子，通常是理想的。当评价在热交换器中的速率的增加时通常发现的限制因子是流动引起的振动损坏所述管的可能性。在所述管周围的流体流动模式可能导致流动引起的在所述管束中有规律的或无规的振荡性质的振动，并且在例如其中在所述管和周围的流体之间发生传热的热交换器的装置的情况下，当流体在所述管周围循环和流动时，在所述流体的速度、温度和密度方面的改变可能增加振动的可能性。如果这些振动达到一定临界程度，可能导致所述束的损坏。如果所述热交换器设备用不同材料的管更换原来的管，例如如果将相对刚性的材料用较轻重量的管替代，管振动问题可能恶化。当使设备处于更严格操作要求之下时，例如当其它已有的设备被升级时和以前令人满意的热交换器在新的条件下变得易于遭受流动引起的振动时，流动引起的振动也可能发生。甚至在某些条件下，当热交换器仍在流动料流中但没有发生传热时，以及在流动料流中有或没有传热的具有棒或棒状元件的集合体的其它束装置中，可能遇到振动。

多种不同的设备设计已经开发用于解决管振动的问题。一个例子是棒隔板设计。棒隔板热交换器是利用棒隔板支撑所述管和将它们固定防止振动的管壳式热交换器。术语“隔板”指沿着所述管束长度方向在每隔约15cm放置的支撑架，其中将多个支撑体棒的末端连接以形成支撑架状管支撑结构；因此称为术语“棒隔板”。然而，棒隔板交换器倾向于比常规管壳式交换器价格贵约30至40％，并且已经存在如下状况，其中这种类型的管束装置由于流动引起的振动而发生故障。所述棒隔板必须具有非常精确的尺寸。如果在棒隔板中的棒稍小，将发生管颤动。如果所述棒稍大，管装填将非常困难和昂贵。棒隔板热交换器例如描述于美国专利4,342,360、5,388,638、5,553,665和5,642,778中。

如在美国专利5,553,665中所述的，所述棒隔板设计的一些应用领域，例如气体压缩应用领域，可能受益于经度方向的流动，其中壳侧压力损失(shell-side pressure losses)被最小化。壳侧压力损失的降低可以通过增加棒隔板间距，从而降低棒隔板的数量而实现，或者通过减少管的数量而实现，其中所述减少管的数量是通过增加管间距尺寸，即从所述管的中心测量的两个相邻管列之间的距离而实现的。增加隔板间距通常不是令人满意的选择，因为增加的隔板间距增加了发生流动引起的管振动的可能性。在美国专利5,553,665中描述的棒隔板设计代表了一种解决所述棒隔板构形的压降问题的尝试。

另一种设计是“蛋箱”支撑体设计。然而该设计甚至比所述棒隔板设计更昂贵。与所述棒隔板类似，所述蛋箱也易于遭受可能导致管故障的管颤动。颤动是管碰撞管支撑体的运动，所述碰撞是由于在所述支撑体和所述管外径之间存在间隙的结果。为了在构造所述束时，使得所述管插入通过所述蛋箱支撑体，需要所述间隙。

除了良好的设备设计外，也可以采用其它手段以降低管振动。管支撑体装置或管桩，因为这些支撑体装置是公知的(并且在本说明书中涉及)，而可以被安装在所述管束中以控制流动引起的振动和防止所述管的过度移动。大量的管支撑体或管桩已经被提出并且是可商购的。例如，Williams的美国专利4,648,442、Hahn的美国专利4,919,199、Hahn的美国专利5,213,155和Hahn的美国专利6,401,803描述了不同类型的管桩或管支撑体，它们可以被插入到所述管束中以降低振动。改进的管桩还在Wanni等人的，题目为“抗振动管支撑体(Anti-VibrationTube Support)”的美国专利7,032,655中说明，其公开内容通过引用明确并入本文中。

发明内容

本发明的一个方面是提供具有至少一个隔板的管束装置(例如热交换器)，所述隔板支撑所述束装置中的管。所述至少一个隔板可以由至少一个开狭缝的支撑隔板和至少一个阻断隔板组成，所述开狭缝的支撑隔板支撑管束中的管，同时还控制在所述管束装置中流体的流动，所述阻断隔板控制在所述管束装置中流体的流动。

所述管束装置包括外罩或壳，和位于所述外罩或壳内的管束。所述管束具有多个在管列中彼此平行布置的管。所述管束可以包括至少一个将在所述管束中的一组管与在所述管束中的另一组管分开的分隔廊。在所述管束中的分隔廊的数量取决于所述管贯穿所述管束的管程的数量。在单管程管束装置的情况下，所述分隔廊可以被省略。当预计穿过所述管束装置有多个管程时，所述管束装置将包括一个或多个分隔廊以将所述管束分成多个部分。

根据本发明的一个方面，所述管束装置包括至少一个开狭缝的支撑隔板。所述开狭缝的支撑隔板对在所述管束中的单独管提供支撑。每个支撑隔板包括在其中形成的多个间隔分开的狭缝。每个狭缝的尺寸被设定为使其能够接受所述管束的至少一个管穿过其。每个狭缝的横截面稍大于所述管的外径以使得将所述管易于插入到所述管束装置中。每个开狭缝的支撑隔板具有外周界和在所述外周界和所述多个间隔分开的狭缝之间形成的阻断区域。所述阻断区域阻止所述流体的流动穿过其。结果，当所述流体与所述阻断区域接触时，流经所述管束装置的流体被向内引向所述管束。所述阻断区域的尺寸被设定为使其能够位于所述外罩和所述管束装置的外管之间的间隙内。每个开狭缝的支撑隔板还可以包括至少一个在其中形成的分隔廊阻断区域。所述一个或多个分隔廊阻断区域的尺寸被设定为使其能够被接受在所述管束的一个或多个分隔廊内。所述分隔廊阻断区域防止所述流体的流动经过所述分隔廊。结果，当所述流体与所述分隔廊阻断区域接触时，流经所述分隔廊的流体被引向所述管束的管。预计在单管程管束装置的情况下，所述分隔廊将被省略。每个开狭缝的支撑隔板可以含有对应于在所述管束中的分隔廊的多个阻断区域。

根据本发明的一个方面，每个支撑隔板可以包括多个狭缝中的第一组和多个狭缝中的第二组，所述多个狭缝中第一组位于所述分隔廊阻断区域一侧上，所述分隔廊阻断区域一侧在所述阻断区域的一部分和所述分隔廊阻断区域之间，所述多个狭缝中第二组位于所述分隔廊阻断区域的另一侧上，所述分隔廊阻断区域的另一侧在所述阻断区域的另一部分和所述中心阻断区域之间。所述狭缝可以在基本上平行于所述分隔廊阻断区域的方向上延伸。或者，所述狭缝可以在基本上垂直于所述分隔廊阻断区域的方向上延伸。支撑肋在所述狭缝之间延伸。在一些情况下(即在较大的隔板尺寸的情况下)，所述肋可能需要增强。根据本发明的另一个方面，每个开狭缝的支撑隔板可以另外包括至少一个增强肋，该增强肋在基本上垂直于所述支撑肋和所述狭缝的方向上延伸，其中每个肋与至少一个肋和至少一个狭缝相交。

根据本发明的一个方面，预计所述管束装置包括至少两个开狭缝的支撑隔板。具体而言，预计所述管束装置包括至少一个第一定向的开狭缝的支撑隔板和至少一个第二定向的开狭缝的支撑隔板。所述第一定向的开狭缝的支撑隔板中的每一个与相邻的第二定向的开狭缝的支撑隔板分开。在这种布置的情况下，在所述第一定向的开狭缝的支撑隔板上的多个间隔分开的狭缝具有第一定向，和在所述第二定向的开狭缝的支撑隔板上的多个间隔分开的狭缝具有与所述第一定向不同的第二定向。所述第一定向的开狭缝的支撑隔板和所述第二定向的开狭缝的支撑隔板的分隔廊阻断区域可以具有相同的定向。所述第一定向的开狭缝的隔板中的每一个和所述至少一个第二定向的开狭缝的支撑隔板中的每一个包括第一组狭缝和第二组狭缝，所述第一组狭缝位于所述分隔廊阻断区域的一侧上，和所述第二组狭缝位于所述分隔廊阻断区域的另一侧上。所述第一定向的开狭缝的支撑隔板的第一组中的每个狭缝和第二组中的每个狭缝可以在基本上平行于所述分隔廊阻断区域的方向上延伸。所述第二定向的开狭缝的支撑隔板的第一组中的每个狭缝和第二组中的每个狭缝在基本上垂直于所述分隔廊阻断区域的方向上延伸。

根据本发明的另一个方面，所述管束装置包括至少一个阻断隔板。与所述支撑隔板不同，所述阻断隔板不支撑所述管。相反，所述阻断隔板的作用是控制在所述管束装置中的流体的流动。每个阻断隔板包括具有外周界的阻断板和至少一个板开口，所述板开口的尺寸被设定为使其能够接受所述管束装置的管穿过其。阻断板阻断区域在所述阻断板的外周界和所述至少一个板开口之间形成。所述阻断板阻断区域防止所述流体的流动穿过其。结果，当所述流体与所述阻断板阻断区域接触时，流经所述管束装置的流体被向内引向所述管束。所述阻断板阻断区域的尺寸被设定为使其能够位于在所述外罩和所述管束的外管之间的间隙中。所述阻断板隔板可以还包括至少一个在其中形成的分隔廊阻断板阻断区域。分隔廊阻断板阻断区域的数量取决于在所述管束中的分隔廊的数量。如上所述，所述管束可以不包括分隔廊(即，单管程热交换器通常不包括分隔廊)。同样，所述分隔廊阻断板阻断区域可以被省略。每个分隔廊阻断板阻断区域的尺寸被设定为使其能够被接受在所述管束装置的相应的分隔廊中。当所述阻断板隔板用于具有穿过其的双管程的U形弯曲管束装置中时，所述分隔廊阻断板阻断区域可以例如从在所述板中的两个开口之间的阻断板阻断区域的相对侧延伸。所述分隔廊板阻断区域防止所述流体的流动穿过其。结果，当所述流体与所述分隔廊阻断板阻断区域接触时，流经所述分隔廊的流体被引向所述管束的管。

根据本发明的另一个方面，阻断隔板位于相邻的开狭缝的支撑隔板之间。

根据本发明的另一个方面，提供至少一个细长的管支撑元件用于支撑所述管束的管以降低振动。每个细长的管支撑元件选择性地位于相邻管列之间形成的空间中。所述细长的管支撑体可以在所述管之间，在所述阻断和开狭缝的支撑隔板之间被插入。

本发明的另一个方面是提供对在管束装置中的流体的流动进行控制的方法。所述方法包括使在所述间隙中的流体的流动的至少一部分改变方向朝向所述管束。所述方法还包括使在所述分隔廊中的流体的流动的至少一部分改变方向朝向所述管束。改变所述流体流动的方向是通过在沿着所述管束选择的位置处放置所述隔板而实现的。在所述开狭缝的支撑隔板和所述阻断隔板上的阻断区域和阻断板阻断区域使所述流体的流动改变方向远离在所述外罩或壳和所述管束之间的间隙，朝向所述管束中以改进传热。所述分隔廊阻断区域使所述流体的流动改变方向远离所述分隔廊以改进传热。

附图说明

下面将结合附图描述本发明，在所述附图中相同的附图标记描述相同的元件，其中：

图1为根据本发明的实施方案的具有用隔板支撑的管的管束的示意图；

图2为根据本发明的实施方案的具有垂直狭缝的开槽的隔板的端视图；

图3为根据本发明的实施方案的具有水平狭缝的开槽的隔板的端视图；

图4为根据如图3所示的具有水平狭缝的开槽的隔板的变体的端视图；

图5为根据本发明的实施方案的阻断隔板的端视图；

图6为根据本发明的实施方案使用的管桩的示意图；

图7为根据本发明的实施方案使用的另一种管桩的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图更详细地说明本发明。图1为根据本发明一个方面的管束10的示意图。管束10是管束装置1(例如热交换器或其他合适的传热组件)的一部分。管束10包括多个平行的管11。预计本发明不限于管；而是预计可以使用棒和其它传热或流体流动元件，并且它们被认为是完全在本发明范围内的。如图1所示，平行管11在一对管片13和14之间延伸。管片13可以是焊接于外罩或壳20的固定的管片。管片13还可以是固定于但不是焊接于外罩20的不能被移动的管片。在图1中图示的管片14是不固定的管片。管11可以以矩形构形布置。然而，本发明不意欲被限定于在一对管片13和14之间延伸的平行管，而是预计可以使用单个管片。在这样一种布置的情况下，所述平行的管沿着所述束的一侧通过U形弯曲部分延伸，并沿着所述束的相对侧返回。预计管束10将以常规方式被装配到管束装置1的外周的壳或外罩20中。

管束装置1包括围绕管束10的壳或外罩20。通常流体流动既穿过管11的内部，又在壳20内部横穿过管11的外部。如上所述，需要降低在管束10内部由流体引起的振动以避免损坏束10。还希望提供组件以降低在所述管束中的振动，所述组件将朝向管11的流体的流动远离所述管束装置的壳20，向内引向管束10。通过将所述流体的流动远离壳20引向管束10的管11，并远离所述束的一个或多个分隔廊，传热被改进，其中所述分隔廊不包含任何朝向管11的管。

根据本发明的一个方面，热交换器1的管束10配备有至少一个具有垂直狭缝的开狭缝的隔板30。所述具有垂直狭缝的开狭缝的隔板30对在所述束10中的管11提供支撑以减少振动。开狭缝的隔板30的阻断区域被成形为使来自最外面的管11和壳20的内径之间的任何迂回流向内改变方向朝向管11。根据本发明的实施方式的具有垂直狭缝的开狭缝的隔板30示于图2中。具有垂直狭缝的开狭缝的隔板30由具有外径的板构成，所述外径对应于壳20的内径(所述板的外径略小于所述壳的内径)。所述板包括在其中形成的多个凹口32和33。预计凹口32和33可以通过能在所述板中产生凹口的多种手段中的任一种形成，所述手段包括但不限于切割、激光切割、研磨、水切割、冲压和冲孔。凹口32的尺寸被设定为使其能够在其中接受拉筋5。预计拉筋5还可以含有互补的凹口以在其中接受凹口32。凹口33的尺寸被设定为使其能够在其中接受滑杆6。提供滑杆6以在将管束10插入到壳20中的过程中确保支撑。凹口32和33确保开狭缝的隔板30、具有水平狭缝的开狭缝的隔板40或50(如下所述)和阻断隔板60(如下所述)保持正确的定向。拉筋5、滑杆6和隔板30、40和60一起形成刚性的支撑架，其使得有利于束10的管11的插入。拉筋5和滑杆6优选被焊接或者确保固定于在隔板30、40和50中的凹口32和33。预计拉筋5的尺寸被设定为使得拉筋5不延伸超过所述板的周界。然而，滑杆6优选延伸超出所述板的周界约1/32英寸或0.8mm。滑杆6形成轨道，管束10当滑到在壳20的位置中时在所述轨道上运载。

从所述板的周界向内延伸到所述板的中心是阻断区域34。阻断区域34的尺寸被设定为大致占据在管束10和壳20的内表面之间的区域。预计在壳20的内表面和隔板30的外周界之间将保留小的间隙以允许束10插入到壳或外罩20中。提供阻断区域34以阻断在管束10和壳20之间的空间内流动的流体的流。阻断区域34将在管束装置1内的流动改变方向远离壳20朝向管束10的管11，以使得迂回通过束10的流体的流动最小化。这通过将更多的流体引导横穿过管11的热交换表面而改进了所述热交换器的效率。

通常，管束10包括至少一个分隔廊，其将在管束10中的管11分成分立的组。所述分隔廊不包括任何管11。所述分隔廊可以具有水平和垂直的定向。流经所述分隔廊的流体不接触管11的传热表面。同样，希望将在束10中的流体的流动改变方向远离所述分隔廊朝向管11以改进传热。隔板30包括至少一个分隔廊阻断区域35。所述至少一个分隔廊阻断区域35的尺寸被设定为使其能够被接受在管束10的分隔廊内。与阻断区域34类似，分隔廊阻断区域35将在热交换器1的壳内的流体的流动改变方向朝向管束10的管11。分隔廊阻断区域35使在所述分隔廊内的流体的流动改变方向朝向束10的管11以使迂回通过管11的流体的量最小化。这通过将更多的流体横穿过管11的热交换表面而同样改进了所述热交换器的效率。在束10中横穿过管11的这种交叉流动的要素的存在与纯轴向流动相比改进了传热，其中如果在这种类型的热交换器中没有本发明的隔板将存在所述纯轴向流动。

如图2所示，开狭缝的隔板30包括多个垂直的狭缝36，狭缝36位于分隔廊阻断区域35的相对两侧。在图2中示出的开狭缝的隔板30被构造为用于在具有中心分隔廊的管束中使用(即，用于在具有通过所述管束装置的两条管程的U型弯曲管束中使用)。在单管程管束装置的情况下，所述分隔廊被省略。同样，狭缝36延伸穿过整个开狭缝的隔板30。狭缝36的尺寸被设定为使其能够接受和支撑管束10的管11。为了说明的目的，图2中示出了管束10的数个管11。如所示的，垂直的狭缝36在通常垂直于分隔廊阻断区域35的方向上延伸。如上所述，预计所述分隔廊可以具有水平定向、垂直定向和/或垂直定向的部分和水平定向的部分。同样，分隔廊阻断区域35可以具有水平定向、垂直定向或垂直定向的部分与水平定向的部分。垂直狭缝36垂直于所述水平分隔廊或水平分隔部分和平行于所述垂直分隔廊或垂直分隔部分。狭缝36被布置为对应于在束10中的管11的列。在隔板30上提供多个垂直延伸的肋37。每个肋37在狭缝36之间垂直延伸，如图2中所示的。每个肋37的厚度优选略小于在管束10的相邻管11之间的间距。所述间距有助于装配工艺，因为管11可以容易地被装填成所述束，如在下文中更详细说明的。

根据本发明，狭缝36可以通过切割、激光或水切割、钻孔和冲压形成。预计其它制作工艺也被认为在本发明的范围内，只要这样的工艺能够产生大小为能够在其中接受至少一个管11的狭缝36。还优选所述制作工艺适合于产生多个隔板30。

隔板30的尺寸基于交换器1的尺寸。在一些情况下，狭缝36的长度可以足够大以至于肋37需要另外用于稳定和强度的增强物。这可以如下方式中的一种完成，所述方式包括增加板的厚度。还可以包括至少一个增强肋，其通常垂直于肋37延伸。为了稳定，所述肋可以与肋37相互连接。所述增强肋的宽度类似于或大于肋37的宽度。增强肋的例子示于图4中，如肋48。

热交换器1的管束10配备有至少一个具有水平的狭缝的开狭缝的隔板40。图3示出了具有水平狭缝的开狭缝的隔板40，该隔板40为束10中的管11提供支撑以减少振动。与隔板30类似，隔板40被构造为使流体的流动远离在管束10的外管11和壳20的内表面之间的间隙向内改变方向远离壳20朝向管束10中的管11，和远离所述分隔廊向外朝向管11。开狭缝的隔板40由具有外圆周(circumstance)的板构造，所述外圆周对应于壳20的整个圆周。所述板包括在其中形成的多个凹口32和33，所述凹口在上文中关于隔板30被描述。

从所述板的外周界向内延伸到所述板的中心是阻断区域44。阻断区域44具有与阻断区域34类似的构造。阻断区域44被构造成将在所述管束装置内的流动远离壳20引向管束10的管11以使迂回通过束10的流体的流动最小化。这通过将更多流体引导横穿过所述热交换表面而改进了所述热交换器的效率。隔板40还可以包括至少一个分隔廊阻断区域45。与分隔廊阻断区域35相同，分隔廊阻断区域45的尺寸被设定为使其能够被接受在管束10的分隔廊内。与阻断区域44类似，分隔廊阻断区域45使在管束装置1内的流体的流动改变方向朝向管束10的管11。分隔廊阻断区域45将在所述分隔廊内的流体的流动改变方向朝向束10的管11以最小化迂回通过管11的流体量。在单管程浮头式(single tube pass)交换器中，可以没有分隔廊。

如图3所示，开狭缝的隔板40包括多个水平的狭缝46。如在图3中的双管程管束装置中所示的，狭缝46位于分隔廊阻断区域35的相对两侧。狭缝46的尺寸被设定为使其能够接受和支撑管束10的管11。为了说明的目的，在图3中示出了管束10的数个管11。如所示的，水平的狭缝46在通常垂直于分隔廊阻断区域35的方向上延伸。如上所述，预计所述分隔廊可以具有水平定向、垂直定向和/或垂直定向的部分和水平定向的部分。同样，分隔廊阻断区域35可以具有水平定向、垂直定向或垂直定向的部分与水平定向的部分。水平狭缝37平行于所述水平的分隔廊或水平分隔部分，并且垂直于所述垂直的分隔廊或垂直的分隔部分。在隔板40上提供多个水平延伸的肋47。每个肋47在狭缝46之间延伸，如图3所示。每个肋47优选具有略小于在管束10中的相邻管11之间的间距的厚度。

根据本发明，与狭缝36类似，狭缝46可以通过切割、激光或水切割、钻孔和冲压形成。预计其它制作工艺也被认为在本发明的范围内，只要这样的工艺能够产生大小为能够在其中接受至少一个管11的狭缝46。还优选所述制作工艺适合于产生多个隔板40。

隔板40的变体示于图4中。开狭缝的隔板50包括水平的狭缝，该狭缝具有至少一个垂直的肋48。垂直的肋48与肋47相互连接以使肋47强度增加。肋48的宽度类似于或大于肋47的宽度。尽管示出的是单个垂直的肋48，但预计可以提供另外的肋47以提供增加的稳定性。这对于在较大交换器中使用的较大尺寸的隔板是尤其有用的。

申请人注意到当与本发明结合使用时，术语“水平”和“垂直”意思是指描述所述隔板的单独组件关于所述隔板的其它组件的定向的参照点。所述术语不意欲描述所述隔板或组件的取向，所述组件组成了在所述热交换器内的隔板。预计管束装置1当在使用时可以具有多个定向中的一个。因此所述管束装置可以通常被定向为水平的、垂直的或相对于水平任何角度的。

热交换器1的管束10优选配备有至少一个阻断隔板60。阻断隔板60被构造成将所述流体的流动向内导向远离壳20，和远离所述束的分隔廊向外朝向管束10的管11。根据本发明的实施方案的阻断隔板60示于图5中。阻断隔板60由具有外圆周的板构造，所述外圆周对应于壳20的整个圆周。所述板包括形成的多个凹口32和33。

从所述板的周界向内延伸到所述板的中心是阻断区域64。阻断区域64的尺寸被设定为几乎占据管束10与壳20的内表面之间的区域。在隔板60和壳20的内表面之间将保留小的间隙以允许将管束10插入到壳20中。提供阻断区域64以使在管束10的外管和壳20的内表面之间的间隙内的流体的流动改变方向。阻断区域64使在所述热交换器内的流改变方向远离壳20朝向管束10以使迂回通过束10的流体的流动最小化。这通过将更多的流体引导横穿过所述热交换表面而改进所述热交换器的效率。

如上所述，管束10可以包括至少一个分隔廊。与隔板30和40类似，隔板60包括分隔廊阻断区域65。分隔廊阻断区域65的尺寸被设定为使其能够以如上关于阻断区域35和45所述的方式被接受在管束20的分隔廊内。与阻断区域64类似，分隔廊阻断区域65使在热交换器1内的流体的流动改变方向朝向管束10的管11。在分隔廊阻断区域35的相对两侧形成开口66和67。开口66和67的尺寸被设定为使其能够接受束11的管10经过其。在管束10包括多个分隔廊的情况下，在隔板60中的开口数量将增加至对应于在束10内的管11的组。另外，在管束装置1是单管程装置的情况下，通常不存在分隔廊。在这样的构形中，隔板60将包括单个开口。

下面将更详细地描述管束装置1的组件。用于管束10的刚性支撑架利用拉筋5、滑杆6和隔板30、40和60构造。所述刚性支撑架通过将拉筋5和滑杆6固定在隔板30、40和60中的各自的狭缝32和33内而形成。如上所述，拉筋5和滑杆6优选通过焊接或其它合适的连接机械装置固定在狭缝32和33内。开狭缝的隔板30和开狭缝的隔板40或50以如图1中所示的可变模式被分开两(2)英尺至五(5)英尺远。至少一个阻断隔板60可以位于所述垂直的和水平的隔板之间，如图1中所示的。

一旦所述刚性支撑架已经被组装，可以将管束10的管11插入到所述支撑架中。通过将管11通过隔板30和40中的狭缝36和46以及隔板60中的开口66和67插入而将管11装填成束10。隔板30和40的肋37和47协作形成管11的支撑结构。肋37和47支撑管11并防止管11与相邻的管11接触。在管11被装填在所述支撑架内后，可以将管板13和14固定到束10的末端。这通过焊接或另外地将每个管11的末端固定到管板而完成。如上所述，所述管板中的至少一个是固定的。预计所述管的末端可以被固定到一对管板13上，一个固定的管板13和一个不固定的管板14，或者一个固定的管板13，此时使用U形管使得所述管的两端都固定于同一个管板13。将装配的管束10通过沿着滑杆6将束10滑动到所述壳中而插入到壳20中。一旦束10被正确定向在壳20中，将管板13固定于壳20。

如上所述，在束10和壳20之间存在间隙。当流体在壳20内流动时，一些流体将迁移向所述间隙并流过所述交换器的间隙区域。这有效地降低了所述热交换器的传热效率。提供开狭缝的隔板30、40和60以使所述流体的流动向内改变方向朝向束10的管11。在所述间隙内流动的流体与开狭缝的隔板30、40和60接触。阻断区域34、44、54和64使在所述间隙区域中的流体的流动阻断和改变方向。同样，所述流体向内改变方向以流经狭缝36和46以及开口区域66和67。通过狭缝36和46以及开口区域66和67的流体的流动导致所述流体的流动经过含有传热表面的管11。分隔廊阻断区域35、45、55和65阻断或抑制在束10中的分隔廊内的流体的流动。当流体在所述分隔廊内流动时，分隔廊阻断区域35、45和65使所述流体改变方向远离所述分隔廊流到管束10中，使得所述流体与管11接触。隔板30、40和60在沿着管束20间隔位置处的放置足以使所述流体的流动改变方向远离在热交换器1内不包括传热元件的区域朝向具有传热能力的那些区域。

除了使在壳20内的流体的流动改变方向外，隔板30、40和50还起到减少振动的作用。在隔板30和40上的肋37和47具有相对于彼此不同的定向。在隔板30上的肋37和周围的阻断区域34和35限制了管11的相对移动。取决于它们在束10内的位置，每个管11具有位于管11的相对侧上的一个肋37，位于管11的相对侧上的一个肋37和阻断区域34，或者位于管11的相对侧上的一个肋和分隔廊阻断区域35。肋37和阻断区域34和35在与板31相同的平面内的和基本上垂直于肋37的方向上限制管11的移动。在管11开始振动的情况下，这种振动通过与相邻的肋37和/或阻断区域34和35接触而降低。

在隔板40上的肋47和周围的阻断区域44或54和45或55，如在图3和4中所示的，限制管11的相对移动。取决于它们在束10内的位置，每个管11具有位于管11相对侧上的一个肋47，位于管11的相对侧上的一个肋47和阻断区域44或54，或者位于管11的相对侧上的一个肋和分隔廊阻断区域45或55。肋47和阻断区域44或54和45或55在与板41相同的平面内的和基本上垂直于肋47的和平行于肋37的方向上限制管11的移动。在管11开始振动的情况下，这种振动通过与相邻的肋47和/或阻断区域44和54和45或55接触而降低。

共同使用隔板30和40或30和50有效地降低了束10中的管11的振动，但不足以防止振动。管11仍可通过流动而变形，并且因此，可能希望在束10的管11之间使用至少一个管支撑桩70和/或80，其导致更大的轴向强度和使振动最小化。桩70和/或80可以位于在管束10内隔板30、40、50和60之间的间隔位置处，如图1所示。另外，使用管支撑物使得每个管以正弦曲线的方式变形。这倾向于破坏提供横向流成分的轴向的壳测流，因此改进了传热。换句话说，主要用于确保管束坚固目的的所述管支撑体还将导致热传递增强。

桩70或80没有完整支撑体，然而没有减少隔板30、40和60支撑管11和引导在交换器1内的流体的流动的效力。在矩形管排列中，肋37和47交替的垂直/水平布置将导致在每一套中的桩70平行于相邻隔板30和40中的一个的肋37和47，使得管11由桩70稳固地保持紧靠它们所平行的肋。类似地，在三角形管排列中，优选在给定位置处桩的定向平行于隔板30和40中的一个的肋，以将管11稳固地保持紧靠所述隔板的肋。

可以使用的管桩70或80可以是常用于该目的的任何类型，只要它们的尺度使得当插入到所述管束中时增加管分离，以将所述管稳固地保持紧靠所述支撑架的支撑棒并具有用于将它们的位置在所有时刻均保持在所述束中的机械装置。因此，可以使用例如在Williams的美国专利4,648,442、Hahn的美国专利4,919,199、Hahn的美国专利5,213,155和Hahn的美国专利6,401,803中描述的管桩，只要它们的尺度对于所述目的是令人满意的。然而，优选的管桩类型示于图6和7中和公开于Wanni等人的美国专利7,032,655和Wanni等人的美国专利申请11/128,884中，所述文献的公开内容通过引用明确并入到本文中。

将管桩70插入以使管束10坚固，其中桩70被插入到束10中在相邻隔板30和40的中心点附近。在这种布置的情况下，桩70可能位于紧邻于阻断隔板60。由于管10接受来自隔板30和40的支撑，如上所述的，因此不必将桩70插入到每个管廊中(即，在管11的相邻列之间的廊)。尽管在相继位置处将所述管支撑桩插入到相同管廊中将使得所述束更坚固，但可以仅将所述桩插入到交替的管廊中，其中插入廊在相继位置处交替。例如，沿着所述管束长度在相继桩设定位置处，可以将所述桩在第一位置处插入到奇数管廊中，在第二位置处插入到偶数廊中等。桩70的插入方向(排列)为以与隔板30和40相同的方式交替，即，将桩70在每个将它们插入到所述束中的位置或地点处以不同的方向插入。还可以在束的入口或出口区域处，或者根据需要任何其它位置处插入另外的桩，以使所有松散的管紧密。

图6示出了管桩或支撑体70的例子。这种类型的管桩或支撑体包括沿着内侧部分(在所述管束内)的皱折，该皱折使所述管轻微变形以对所述管提供有回弹力的支撑，同时，使所述桩易于插入到所述束中；在每个桩的外端，其具有凹痕，所述凹痕以如所述皱折一样的方式使所述管轻微变形，但所述凹痕更稳固地锁定在最外面的管上，以使所述桩带在操作过程中或者在运转中发生不希望的位移的可能性最小化。

所述管支撑体或桩70是由金属带形成的，所述金属带在管廊中延伸，所述管廊由在所述廊两侧上的管11限定。在整个管束中，存在另外的管，该另外的管在由所述管列的延长部分形成的列中延伸，其中以类似的常规方式布置的其它管列组成所述管束。在管的这些两个相邻列和其它相邻列之间的管廊将类似地广泛横过所述管束。每个管桩70具有上升的管啮合区域的横向列。所述管啮合区域可以被形成为交替的凹痕71或皱折72或其组合73的列。在这种布置的情况下，凹痕71和/或皱折72和/或组合73在桩70的相对两侧延伸。

图7示出了用于本发明的管支撑体80的另一个例子。管支撑体80包含细长的平坦元件，该元件由两个固定在一起的金属平坦带81和82组成。管支撑体80包括至少一个管啮合区域83。

对于本领域普通技术人员显而易见的是，可以进行多种修正和/或变化，而不会背离本发明的范围。因此，预计本发明覆盖在本文中所述的装置和方法的修正和变体，只要它们在所附权利要求和它们的等同方式的范围之内。

Claims (25)

1.管束装置，其包含：

外罩；

位于所述外罩内的管束，其中所述管束具有在管列中彼此平行布置的多个管，和

至少一个开狭缝的支撑隔板，其具有在其中形成的多个间隔分开的狭缝，其中所述多个间隔分开的狭缝中的每一个的尺寸被设定为使其能够接收所述管中的至少一个穿过其，

其中每个开狭缝的支撑隔板具有外周界，和在所述外周界与所述多个间隔分开的狭缝之间形成的阻断区域，

其中所述阻断区域的尺寸被设定为使其能位于在所述外罩与所述管束的外管之间的间隙内。

2.根据权利要求1所述的管束装置，其还包含至少一个阻断隔板，其中每个阻断隔板包含：

具有外周界的阻断板；

至少一个板开口，其尺寸被设定为使其能够接受所述管束的管穿过其；和

阻断板阻断区域，其在所述阻断板的外周界与所述至少一个板开口之间形成，

其中所述阻断板阻断区域的尺寸被设定为使其基本上能位于在所述外罩与所述管束的外管之间的间隙内。

3.根据权利要求2所述的管束装置，其中所述管束具有至少一个将所述管束的一部分管与所述管束的另一部分管分开的分隔廊，其中所述至少一个阻断隔板中的每一个具有在其中形成的至少一个分隔廊阻断板阻断区域，其中所述至少一个分隔廊阻断板阻断区域中的每一个的尺寸被设定为使其能够被接受在对应的所述管束的至少一个分隔廊内。

4.根据权利要求1所述的管束装置，其中所述管束具有至少一个将所述管束的一部分管与所述管束的另一部分管分开的分隔廊，其中所述至少一个开狭缝的支撑隔板中的每一个具有至少一个在其中形成的分隔廊阻断区域，其中每个分隔廊阻断区域的尺寸被设定为使其能够被接受在相应的所述管束的分隔廊内。

5.根据权利要求4所述的管束装置，其中每个支撑隔板包含：

所述多个狭缝的第一组，其位于所述至少一个分隔廊阻断区域的一侧上，所述分隔廊阻断区域的一侧在所述阻断区域的一部分与所述分隔廊阻断区域之间；和

所述多个狭缝的第二组，其位于所述分隔廊阻断区域的另一侧上，所述分隔廊阻断区域的另一侧在所述阻断区域的另一部分与所述分隔廊阻断区域之间。

6.根据权利要求5所述的管束装置，其中每个开狭缝的支撑隔板还包含：

多个支撑肋，其中每个支撑肋基本上平行于所述多个狭缝延伸。

7.根据权利要求6所述的管束装置，其中每个开狭缝的支撑隔板还包含：

至少一个增强肋，其在基本上垂直于所述支撑肋和所述狭缝的方向上延伸，其中每个肋与至少一个肋和至少一个狭缝相交。

8.根据权利要求1的管束装置，其包含至少一个第一定向的开狭缝的支撑隔板和至少一个第二定向的开狭缝的支撑隔板，

其中将所述第一定向的开狭缝的支撑隔板中的每一个与相邻的第二定向的开狭缝的支撑隔板隔开，

其中在所述第一定向的开狭缝的支撑隔板上的多个间隔分开的狭缝具有第一定向，和在所述第二定向的开狭缝的支撑隔板上的多个间隔分开的狭缝具有不同于所述第一定向的第二定向。

9.根据权利要求8所述的管束装置，其中所述管束具有至少一个将所述管束的一部分管与所述管束的另一部分管分开的分隔廊，

其中所述第一定向的开狭缝的支撑隔板中的每一个和所述至少一个第二定向的开狭缝的支撑隔板中的每一个具有至少一个在其中形成的分隔廊阻断区域，

和

其中至少一个分隔廊阻断区域中的每一个的尺寸被设定为使其能够被接受在相应的所述管束的分隔廊内。

10.根据权利要求9所述的管束装置，其中所述第一定向的开狭缝的隔板中的每一个和所述至少一个第二定向的开狭缝的支撑隔板中的每一个包含：

第一组狭缝和第二组狭缝，所述第二组狭缝与所述第一组狭缝隔开并且所述第二组狭缝与所述第一组狭缝由在它们之间的分隔廊阻断区域分开。

11.根据权利要求8所述的管束装置，其还包含至少一个阻断隔板，其中每个阻断隔板包含：

具有外周界的阻断板；

至少一个板开口，其尺寸被设定为使其能接受所述管束的管穿过其；和

在所述阻断板的外周界和所述至少一个板开口之间形成的阻断板阻断区域；

其中所述阻断板阻断区域的尺寸被设定为使其能够基本上位于在所述外罩和所述管束的外管之间的间隙内。

12.根据权利要求11所述的管束装置，其中所述至少一个阻断隔板中的一个位于在第一定向的开狭缝的隔板和第二定向的开狭缝的隔板之间邻近于第一定向的开狭缝的隔板的位置。

13.根据权利要求1所述的管束装置，其还包含：

至少一个细长的管支撑元件，其中所述至少一个细长的管支撑元件选择性位于在相邻管列之间形成的空间中，其中每个细长的管支撑元件具有用于啮合所述管束中相邻管的管啮合区域。

14.根据权利要求8所述的管束装置，其还包含：

至少一个细长的管支撑元件，其中所述至少一个细长的管支撑元件选择性位于在相邻管列之间形成的空间中，其中每个细长的管支撑元件具有用于啮合所述管束中相邻管的管啮合区域，其中所述至少一个细长的管支撑元件位于在第一定向的和第二定向的支撑隔板之间邻近于第一定向的支撑隔板的位置。

15.根据权利要求12所述的管束装置，其还包含：

至少一个细长的管支撑元件，其中所述至少一个细长的管支撑元件选择性地位于相邻管列之间形成的空间中，其中每个细长的管支撑元件具有用于啮合所述管束中相邻管的管啮合区域。

16.用于支撑在管束中的多个管的开狭缝的支撑隔板，其包含：

具有外周界的板；

在所述板中形成的多个间隔分开的狭缝，其中所述多个间隔分开的狭缝各自的尺寸被设定为使其能够接受在所述管束中的至少一个管穿过其；和

在所述外周界和所述多个间隔分开的狭缝之间形成的阻断区域。

17.根据权利要求16所述的开狭缝的支撑隔板，其还包含：

在其中形成的至少一个分隔廊阻断板阻断区域，其使所述阻断区域的一部分与所述阻断区域的另一部分相互连接，

其中所述多个狭缝的第一组位于至少一个分隔廊阻断区域之一的一侧上，所述分隔廊阻断区域的一侧在所述阻断区域的一部分和所述分隔廊阻断区域之间；和

所述多个狭缝的第二组位于所述至少一个分隔廊阻断区域之一的另一侧上，所述分隔廊阻断区域的另一侧在所述阻断区域的另一部分和所述分隔廊阻断区域之间。

18.根据权利要求17所述的开狭缝的支撑隔板，其还包含：

多个支撑肋，其中每个支撑肋基本上平行于所述多个狭缝延伸。

19.根据权利要求18所述的开狭缝的支撑隔板，其中每个开狭缝的支撑隔板还包含：

至少一个在基本上垂直于所述支撑肋和所述狭缝的方向上延伸的增强肋，其中每个肋与至少一个肋和至少一个狭缝相交。

20.根据权利要求19所述的开狭缝的支撑隔板，其还包含多个肋，其中每个肋从所述阻断区域的一部分延伸到所述阻断区域的另一部分，其中每个肋基本上平行于所述多个狭缝和所述分隔廊阻断部分延伸。

21.用于与具有多个管的管束装置一起使用的阻断隔板，其包含：

具有外周界的板；

在所述板中形成的一对开口，其中所述一对开口中的每一个的尺寸被设定为使其能够接受所述管束装置的管的一部分；和

在外周界和所述一对开口之间形成的阻断区域。

22.根据权利要求21所述的阻断隔板，其还包含：

至少一个在其中形成的分隔廊阻断板阻断区域，其使所述阻断区域的一部分与所述阻断区域的另一部分相互连接。

23.对在管束装置内的流体的流动进行控制的方法，其中所述管束装置具有外罩和位于其中的管束，其中所述管束具有多个间隔的平行管，其中在所述外罩和所述管束之间存在间隙，其中所述管束具有将所述间隔的平行管的第一组与所述间隔的平行管的第二组分开的分隔廊，所述方法包括：

使在所述间隙中的流体的流动的至少一部分改变方向朝向所述管束；和

使在所述分隔廊中的流体的流动的至少一部分改变方向朝向所述管束。

24.根据权利要求23所述的方法，其中使在所述间隙中的流体的流动的至少一部分改变方向朝向所述管束包括：

在所述管束上预定位置处提供至少一个开狭缝的支撑隔板，其具有在其中形成的具有多个间隔分开的狭缝，其中所述多个间隔分开的狭缝中的每一个的尺寸被设定为使其能够接受所述管中的至少一个穿过其，其中每个开狭缝的支撑隔板具有外周界和在所述外周界和所述多个间隔分开的狭缝之间形成的阻断区域，其中所述阻断区域的尺寸被设定为使其能够基本上位于在所述外罩和所述管束装置的外管之间的间隙中，其中所述阻断区域使来自所述间隙的流体的流动改变方向朝向所述多个间隔分开的狭缝。

25.根据权利要求24所述的方法，其中使在所述间隙中的流体的流动的至少一部分改变定向朝向所述管束包括：

在沿着所述管束的预定位置处提供至少一个阻断隔板，其中每个阻断隔板具有阻断板，该阻断板具有外周界和至少一个板开口，所述板开口的尺寸被设定为使其能够接受所述管束装置的管穿过其，和在所述阻断板的外周界和所述至少一个板开口之间形成的阻断板阻断区域，其中所述阻断板阻断区域的尺寸被设定为使其能够位于在所述外罩和所述管束装置的外管之间的间隙中，其中所述阻断板阻断区域将来自所述间隙的流体的流动导向所述多个间隔分开的狭缝。

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